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배수갑문을 통해 부분 개방된 하구호에서의 순환과 수질모의
Simulation of Circulation and Water Qualities on a Partly Opened Estuarine Lake Through Sluice Gate

서승원   (군산대학교 해양시스템공학과UU0000277  ); 김정훈   (군산대학교 해양시스템공학과UU0000277  ); 유시흥   (군산대학교 해양시스템공학과UU0000277  );
  • 초록

    시화호의 수질을 개선할 목적으로 배수갑문을 통하여 외해수를 자유롭게 유통하는 방안이 고려되고 있다. 좁은 갑문을 통해 외해와 연결된 하구호는 갑문을 열고 닫는 것에 따라 희석 확산되고 상류 하천의 유입과 바람에 의해서 순환이 영향을 받는다. 이런 하구호의 수질예측목적으로 3타원 유한체적모형인 CE-QUAL-ICM을 3차원의 유한요소 동수역학모형인 TIDE3B와 연계 적응하였다. 서로 다른 두가지의 모형을 접합하여 이용할 때 발생될 수 있는 오차를 질량보존을 만족하면서 최소로 줄일 수 있는 방법을 제시하였다. 실제 관측치와의 비교검증을 통한 후 일년간 모델을 시험한 결과, 미 확정적인 초기조건의 영향을 받아 계산 초기의 60일간의 신뢰성은 의문시 되었다. 그러나 이후에는 부영양화 인자나 다른 수질 인자들이 준정상상태에 다다르는 결과를 보여 초기의 영향을 원만히 다를 수 있는 완화방안이 필요할 것으로 판단되었다. 수체와 저질사이의 반응도 모의하였지만 이 영향은 크지 않아 장기간의 모의에서는 저질의 영향을 고려하지 않아도 무난할 것으로 판단된다. 본 연구에서 새롭게 적용된 기법을 이용한 모의결과는 하구호의 수질개선을 위해 부영양화를 저감하는 것뿐만 아니라 능동적인 순환을 고려하는데 만족스럽게 응용될 수 있는 가능성을 보여주고 있다.


    To improve the water quality of the recently constructed Siwhaho, sluice gates were operated to allow free exchange of water with the sea. This estuarine lake connected to the outer sea through narrow gates is affected mainly by flushing by gate operation and river flows and wind forcing sometimes. As a predicting tool far the water qualities, a three-dimensional finite volume model CE-QUAL-ICM is incorporated into a finite element hydrodynamic model, TIDE3D. In coupling these two different modules, a new error minimization technique is applied by considering conservation of mass. Model tests for one year after calibration and validation using field observation show that eutrophication and other biological changes reach quasi-steady state after initial 60 days of simulation, thus it would be necessary to consider moderate ramp up option to remove initial uncertainties due to cold start option. Sediment-water interaction might not be a concern in the long-term simulation, since its effect is negligible. Simulated results show the newly applied scheme can be applied with satisfaction not only fur lessening of eutrophic processes in an estuarine lake but also looking for some active circulation to improve water quality.


  • 주제어

    인공호 .   순환 .   부영양화 .   수질예측모델 .   장기간모의.  

  • 참고문헌 (20)

    1. 비선형 3차원 조화유한요소 모형을 이용한 황해의 천해조석 발생 , 서승원 , 대한토목학회 / v.19,pp.389-399,
    2. 유한요소 동수역학 모형에서의 질량보존 평가 , 서승원 , 대한토목학회 / v.20,pp.305-315,
    3. 한국수자원공사 , 시화호 수질관리대책수립 연구(최종보고서) / v.,pp.,
    4. Three-dimensional eutrophication model of Chesapeacke Bay , Cerco, C.F.;Cole. T. , Technical Report EL-94-4 / v.,pp.,
    5. Simulation of long-term trends in Chesapeake Bay eutrophication , Cerco, C.F. , Journal of hication, Journal of Environmental Engineering / v.121,pp.298-310,
    6. A projection method for constructing a mass conservative velocity field , Chippada, S.;Dawson, C.N.;Martinez, M.L.;Heeler, M.F. , TICAM Report 91-09 / v.,pp.,
    7. Multi-component models for energy and the environment , Wheeler, M.;Saltz, J. , NPACI enVision / v.15,pp.,
    8. Chippada, SC.;Dawson, C.N.;Parr, V.J.;Wheeler, M.F.;Cerco, C.;Bunch, B.;Noel, M. , A Parallel water quality model based on CE-QUAL-ICM / v.,pp.,
    9. A three-dimensional finite element model for coastal and estuarine circulation , Walters, R. A. , Continental Shelf Research / v.12,pp.83-102,
    10. 진해(마산만의 환경관리를 위한 수질 모델링 , 조흥연;채장원 , 한국해안·해양공학회지 / v.11,pp.41-49,
         
    11. Three-dimensional contaminant transport/fate model , Dortch, M.;Fleming, B.;Bunch, B. , Estuarine and Coastal Modeling. 5th Proc. Int. Conf. ASCE, Alexandria / v.,pp.75-89,
    12. ADCIRC: an advanced three-dimensional circulation model for shelves coasts and estuaries, report 1:theory and methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL , Luettich, R.A..Jr.;J.J. Westerink;N.W. Scheffiner , Dredging Research Program Technical Report DRP-92-6 / v.,pp.137,
    13. User's Guide to the CE-QUALICM Three-dimensional eutrophication model, Release Version 1.0 , Cerco, C.F.;Cole,T. , Technical Report EL-95-15 / v.,pp.,
    14. Water quality model of Florida Bay , Cerco, C.F.;Bunch, B.W.;Teeter, A.M.;Dortch, M.S. , Technical Report ERDC/EL TR-00-10 / v.,pp.,
    15. Validation of Three-Dimensional Hydrodynamic Model of Chesapeake Bay , Johnson, B.H.;Kim, K.W.;Heath, R.E.;Hsieh.;Butler, H.L. , J. of Hydraulic Engineering / v.119,pp.2-20,
    16. Three-dimensional model simulation of tides and buoyancy currents along the west coast of Vancouver Island , Foreman, M.G.G.;Thomson, R.E. , J. of Physical Oceanography / v.27,pp.1300-1325,
    17. 한국해양연구소 , 시화호의 환경 변화 조사 및 보전대책 수립에 관한 연구(1차 연도) / v.,pp.,
    18. 한국수자원공사 , 시화호 최적관리방안 수립연구 / v.,pp.,
    19. Martin, J.L.;McCutcheon, S.C. , Hydrodynamics and Transport for Water Quality modeling / v.,pp.,
    20. Water Quality Simulation on Artificial Estuarine Lake Siwhaho , Suh, S.W.;Kim, J.H.;Hwang, I.T.;Lee, H.K. , Korea. J. of Marine Systems / v.,pp.,
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. 2003. "Impacts on Water Quality to an Artificial Lake Due to Sudden Disturbance of Sediments" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers, 15(1): 39~50     

 저자의 다른 논문

  • 서승원 (24)

    1. 1989 "방사효과를 고려한 개방경계조건" 대한토목학회논문집 9 (2): 63~71    
    2. 1993 "2차원 Eulerian-Lagrangian 모형을 이용한 연안해역의 확산해석" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 5 (3): 173~181    
    3. 1993 "연안 수훈력학 모난를 위한 시간진행 및 조화 유한요소모형 특성" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 5 (4): 406~413    
    4. 1994 "방파제 축조 영향해석에서의 유한요소모형" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 6 (2): 196~204    
    5. 1995 "천해역에서의 표층온배수 확산해석" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 7 (4): 340~345    
    6. 1996 "근역특성이 고려된 수심적분모형을 이용한 표층온배수모의" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 8 (1): 18~27    
    7. 1996 "조간대 모의를 위한 2차원 유한요소해석" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 8 (1): 103~113    
    8. 1996 "Eulerian-Lagrangian 농도 및 입자 결합모형에 의한 연안의 부유사 확산해석" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 8 (2): 185~192    
    9. 1998 "금강하구역의 수동력학적 변화 (1) -관측자료를 중심으로-" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 10 (1): 10~17    
    10. 1998 "금강하구역의 수동역학적 변수 (2) -수치실험을 중심으로-" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 10 (1): 18~26    
  • 김정훈 (2)

  • 유시흥 (0)

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